1.1 概述
1.1.1 存儲器分類
存儲器是計算機系統中的記憶設備，用來存放程序和數據。隨着計算機發展，存儲器在系統中的地位越來越重要。由於超大規模集成電路的制作技術，這使計算機系統的運行速度在很大程度上受存儲器速度的制約。此外由於I/O設備不斷增多，如果它們與存儲器交換信息都通過CPU來實現，這將大大降低CPU的工作效率。為此，出現了I/O與存儲器的直接存取方式（DMA）,這也使存儲器的地位更為突出，尤其在多處理機的系統中，各處理機本身都需與其主存交換信息，而且各處理機在互相通信中，也都需共享存放在存儲器中的數據。因此，存儲器的地位就更為顯要。可見，從某種意義而言，存儲器的性能已成為計算機系統的核心。
當今，存儲器的種類繁多，從不同的角度對存儲器可作不同的分類
1.按存儲介質分類
- 存儲介質是指能寄存“0”“1”兩種代碼並能區別兩種狀態的物質或元器件。存儲介質主要有半導體器件，磁性材料和光盤等
- 半導體存儲器
- 存儲原件由半導體器件組成，現代半導體存儲器都用超大規模集成電路工藝制成芯片，其優點是體積小，功耗低，存取時間短。其缺點是當電源消失時，所存信息也隨即丟失，它是一種易失性存儲器。近年來已研制出用非揮發性材料制成的半導體存儲器，克服了信息易失的弊病。
- 半導體存儲器又可按其材料的不同，分為雙極型（TTL）半導體存儲器和MOS半導體存儲器兩種。前者具有高速的特點；后者具有高集成度的特點，並且制造簡單，成本低廉，功耗小，故MOS半導體存儲器被廣泛應用
- 磁表面存儲器
- 磁表面存儲器是在金屬或塑料基體的表面上塗一層磁性材料作為記錄介質，工作時磁層隨載磁體高速運轉，用磁頭在磁層上進行讀/寫操作，故稱為磁表面存儲器。按磁體形狀不同，可分為磁盤，磁帶和磁鼓。它們按其剩磁狀態不同而區分“0”或“1”，而且剩磁狀態不會輕易丟失，故這類存儲器有非易失性的特點
- 磁芯存儲器
- 磁芯是由硬磁材料做成的環狀元件，磁芯屬於磁性材料，故它也是不易失的永久記憶存儲器。不過，磁芯存儲器的體積過大，工藝復雜，功耗太大，故逐漸被半導體存儲器取代，目前幾乎不被采用
- 光盤存儲器
- 光盤存儲器是應用激光在記錄介質上進行讀/寫的存儲器，具有非易失性的特點。由於光盤記錄密度高，耐用性好，可靠性高和可互換性強等特點，光盤存儲器越來越被用於計算機系統。
2.按存取方式分類
按存取方式可把存儲器分為隨機存儲器，只讀存儲器，順序存取存儲器和直接存取存儲器。
- 隨機存儲器（RAM）
- RAM是一種可讀/寫存儲器，其特點是存儲器的任何一個存儲單元的內容都可以隨機存取，而且存取時間與存儲單元的物理位置無關。計算機系統中的主存都采用這種隨機存儲器。由於存儲信息原理的不同，RAM又分為靜態RAM(以觸發器原理寄存信息)和動態RAM(以電容充放電原理寄存信息)
- 只讀存儲器（ROM）
- 只讀存取器是能對其存儲的內容讀出，而不能重新寫入的存儲器。因此，通常用它存放固定不變的程序，常數和漢字字庫，甚至用於操作系統的固化。它與隨機存儲器可共同作為主存的一部分，統一構成主存的地址域
- 串行訪問存儲器
- 對存儲單元進行讀/寫操作時，需按其物理位置的先后順序尋找地址。
3.按在計算機中的作用分類
存儲器主要分為主存儲器（主存），輔助存儲器（輔存），緩沖存儲器（緩存）。
- 主存的主要特點是它可以和CPU直接交換信息
- 輔存是主存的后援存儲器，用來存放當前暫時不用的程序和數據，它不能與CPU直接交換信息
- 主存速度快，容量小，價格高；輔存速度慢，容量大，價格低。
- 緩存用在兩個速度不同的部件中，如CPU與主存之間，起到緩沖作用
MROM:掩模型只讀存儲器
PROM:可編程只讀存儲器
EPROM:可擦除可編程只讀存儲器
EEPROM:電擦除可編程只讀存儲器
Flash Memory：閃速存儲器，它具有EEPROM的特點，而速度比EEPROM快的多
4.1.2 存儲器的層次結構
存儲器有3個主要性能指標：速度，容量，每位價格（位價）
實際上，存儲系統層次結構主要體現在緩存-主存和主存-輔存這兩個存儲層次上
CPU和緩存，主存能直接交換信息
緩存和CPU，主存能直接交換信息
主存和緩存，輔存能直接交換信息
緩存-主存層次主要解決CPU和主存速度不匹配的問題，由於緩存的速度比主存的速度高，只要將CPU近期要用的信息調入緩存，CPU便可以直接從緩存中獲取信息，從而提高訪存速度。但由於緩存的容量小，因此需不斷地將主存的內容調入緩存，使緩存中原本的信息被替換掉。主存和緩存之間的數據調動由硬件自動完成的，對程序員是透明的。
主存-輔存層次主要解決存儲系統的容量問題。輔存的速度比主存低，而且不能和CPU直接交換信息，但它的容量比主存大的多，可以存放大量暫時未用到的信息。當CPU需要時，再將輔存的內容調入主存，供CPU直接訪問。主存和輔存之間的數據調動是由硬件和操作系統共同完成的。
從CPU角度來看，緩存-主存層次的速度接近於緩存，高於主存；其容量和位價卻接近於主存，這從速度和成本的矛盾獲得了理想的解決辦法，主存-輔存層次，從整體分析，速度接近於主存，容量接近於輔存，平均位價也接近於低速，廉價的輔存位價，這又解決了速度，容量，成本這三者的矛盾。現代的計算機幾乎都具有這兩個存儲層次，構成了緩存，主存，輔存三級存儲系統。
在主存-輔存這一層次的不斷發展中，逐漸形成了虛擬存儲系統。在這個系統中，程序員編程的地址范圍與虛擬存儲器的地址空間相對應。例如，機器指令地址碼為24位，則虛擬存儲單元的個數可達16M.這個數比主存的實際存儲單元的個數相比要大得多，稱這類指令地址碼為虛地址（虛存地址，虛擬地址）或邏輯地址，而主存的實際地址稱為物理地址或實地址。對虛擬存儲器而言，其邏輯地址變換為物理地址的工作是由計算機系統的硬件和操作系統自動完成的，對程序員是透明的。當虛地址的內容在主存時，機器便可立即使用；若虛地址的內容不在主存，則必須先將此虛地址的內容傳遞到主存的合適單元后再為機器所用。